ITMI20011635A1 - DEVICE AND PROCESS OF MICROSURGERY ASSISTED BY THE PROCESSOR - Google Patents
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Description
Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione industriale Description of a patent application for an industrial invention
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo e ad un procedimento di microchirurgia assistita dall’elaboratore. The present invention refers to a device and a process of computer-assisted microsurgery.
I dispositivi di microchirurgia assistita dall’elaboratore attualmente esistenti comprendono una coppia di telecamere che vengono fissate su supporti fissi e che inquadrano il campo operatorio, collegate ad un elaboratore elettronico e ad uno schermo di visualizzazione. The currently existing computer-assisted microsurgery devices include a pair of cameras that are fixed on fixed supports and that frame the operating field, connected to an electronic computer and a display screen.
I dispositivi tradizionali comprendono un localizzatore fisso, costituito da un telaio che porta una pluralità di elementi rilevabili dalle telecamere, che viene reso solidale alla testa del paziente durante l’operazione poiché connesso alla testiera di Mayfield. Traditional devices include a fixed locator, consisting of a frame that carries a plurality of elements detectable by the cameras, which is made integral with the patient's head during the operation as it is connected to the Mayfield headboard.
I dispositivi tradizionali comprendono anche una penna di rilevamento, costituito da una penna che porta ad un’estremità un elemento rilevabile dalle telecamere, che viene manipolata dal chirurgo. Traditional devices also include a detection pen, consisting of a pen that carries an element detectable by cameras at one end, which is manipulated by the surgeon.
Inoltre, i dispositivi comprendono una pluralità di fiducial (elementi rilevabili ad un esame TAC o simile), che sono applicabili sulla testa del paziente prima dell’ intervento. In addition, the devices include a plurality of fiducials (elements detectable in a CT scan or similar), which are applicable on the patient's head before surgery.
Solitamente, prima di effettuare un’operazione, sulla testa del paziente vengono applicati i fiducial (anche il giorno prima) e viene effettuato un esame che permette di ricavare informazioni sulla anatomia interna del paziente. Usually, before carrying out an operation, fiducials are applied to the patient's head (even the day before) and an examination is performed that allows information on the patient's internal anatomy to be obtained.
In particolare tali esami possono consistere in un esame TAC (tomografia, assiale computerizzata), oppure risonanza magnetica, o altri ancora. In particular, these tests may consist of a CT scan (tomography, computerized axial), or magnetic resonance, or others.
I fiducial contengono un liquido di riscontro rilevabile all’esame TAC e, pertanto, l’anatomia interna del paziente viene determinata rispetto ad un sistema di riferimento nel quale è nota la posizione dei fiducial. The fiducials contain a test liquid detectable in the CT scan and, therefore, the patient's internal anatomy is determined with respect to a reference system in which the position of the fiducials is known.
Successivamente, all’atto dell’operazione, il paziente viene posizionato nella zona di operazione nel campo visivo delle telecamere. Subsequently, at the time of the operation, the patient is positioned in the area of operation in the field of view of the cameras.
Preliminarmente viene applicato il localizzatore fisso (reso solidale alla testa del paziente) e si procede a registrare le telecamere per comunicare all’elaboratore le coordinate dei fiducial rispetto al localizzatore fisso. Preliminarily, the fixed locator is applied (made integral with the patient's head) and the cameras are recorded to communicate the coordinates of the fiducials to the computer with respect to the fixed locator.
La registrazione viene effettuata avvicinando la penna di rilevamento ad ogni predeterminato fiducial (su richiesta dell’elaboratore) in modo che le telecamere possano acquisire la posizione di ogni fiducial che viene registrata dall’elaboratore. In questo modo, poiché l’anatomia interna del paziente era stata rilevata con riferimento ai fiducial (durante l’esame TAC), e poiché è nota la posizione dei fiducial rispetto al localizzatore fisso, l’elaboratore è in grado di rappresentare la posizione della penna di rilevamento nella ricostruzione in 3 dimensioni (3D) in relazione alla testa del paziente e, quindi, in relazione al localizzatore fisso. The recording is carried out by bringing the detection pen close to each predetermined fiducial (at the request of the computer) so that the cameras can acquire the position of each fiducial that is recorded by the computer. In this way, since the internal anatomy of the patient was detected with reference to the fiducials (during the CT scan), and since the position of the fiducials with respect to the fixed locator is known, the computer is able to represent the position of the detection pen in 3-dimensional (3D) reconstruction in relation to the patient's head and, therefore, in relation to the fixed locator.
Tuttavia, i dispositivi tradizionali del tipo indicato presentano numerosi inconvenienti, dovuti al fatto che la fase di registrazione, che è molto importante per il buon esito dell’intervento chirurgico, richiede molto tempo. However, traditional devices of the type indicated have numerous drawbacks, due to the fact that the registration phase, which is very important for the success of the surgery, takes a long time.
Infatti si deve avvicinare la penna di rilevamento ad ognuno dei fiducial e si deve acquisire la posizione del fiducial. In fact, the detection pen must be brought close to each of the fiducials and the position of the fiducial must be acquired.
Inoltre la pressione della penna di rilevamento sui fiducial ne altera la geometria inducendo un errore nella determinazione della posizione. Furthermore, the pressure of the detection pen on the fiducials alters their geometry, inducing an error in the determination of the position.
Inoltre, poiché i dispositivi tradizionali lavorano utilizzando contemporaneamente solamente due telecamere, in alcuni casi si verifica una ambiguità nella acquisizione delle informazioni (immagini). Furthermore, since traditional devices work using only two cameras at the same time, in some cases there is an ambiguity in the acquisition of information (images).
Infatti, come evidente dalla figura 1, se due telecamere T1, T2 inquadrano i punti A, B, non si è in grado di verificare se i punti reali sono A, B oppure C, D; per risolvere l’ambiguità nell’acquisizione di tali informazioni occorre far ricorso a strumenti ausiliari (penna di rilevamento). In fact, as evident from figure 1, if two cameras T1, T2 frame the points A, B, it is not possible to verify if the real points are A, B or C, D; to resolve the ambiguity in the acquisition of such information, it is necessary to resort to auxiliary tools (detection pen).
Inoltre, nei dispositivi tradizionali in cui le telecamere che vengono utilizzate per rilevare la posizione dei fiducial si trovano lontano dal paziente e sono collocate su un sostegno fisso, a volte il campo visivo viene ostruito dal chirurgo o dai suoi collaboratori. Furthermore, in traditional devices in which the cameras that are used to detect the position of the fiducials are located away from the patient and are placed on a fixed support, sometimes the visual field is obstructed by the surgeon or his collaborators.
Un ulteriore inconveniente dei dispositivi tradizionali è che per verificare la posizione ove si sta operando (ad esempio dove si sta asportando una porzione della scatola cranica) è necessario interrompere l’operazione ed accostare il localizzatore amovibile alla porzione interessata dall’operazione. A further drawback of traditional devices is that to check the position where you are working (for example where you are removing a portion of the skull) it is necessary to stop the operation and bring the removable locator close to the portion affected by the operation.
Il compito tecnico che si propone la presente invenzione è, pertanto, quello di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota. The technical task proposed by the present invention is therefore that of eliminating the technical drawbacks complained of in the known art.
Nell’ambito di questo compito tecnico, uno scopo dell’invenzione è quello di realizzare un dispositivo il cui utilizzo non sia ostacolato dalla presenza del chirurgo o dei suoi collaboratori che possono impedire (involontariamente) la visuale della zona in cui si svolge l’operazione alle telecamere. In particolare la presente invenzione permette di evitare che sia necessario accostare ad ogni fiducial un localizzatore amovibile, ma permette di effettuare l’acquisizione in modo completamente automatico. Within this technical task, an object of the invention is to provide a device whose use is not hindered by the presence of the surgeon or his collaborators who can (involuntarily) prevent the view of the area in which the operation takes place. to the cameras. In particular, the present invention makes it possible to avoid the need to approach each fiducial with a removable locator, but allows the acquisition to be carried out completely automatically.
Un altro scopo dell’invenzione è quello di realizzare un dispositivo che lavori utilizzando contemporaneamente almeno tre telecamere e che sia, quindi, in grado di rilevare senza incertezze la posizione dei punti A, B. Another purpose of the invention is to create a device that works using at least three cameras at the same time and is, therefore, able to detect the position of points A, B without uncertainty.
Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di realizzare un dispositivo ed un procedimento di microchirurgia assistita dall’elaboratore che consentano di effettuare la fase di registrazione in tempi ridotti. A further purpose of the invention is to provide a device and a computer-assisted microsurgery procedure that allow the registration phase to be carried out in a short time.
Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di realizzare un dispositivo ed un procedimento che permettano di verificare la posizione (sulla testa) ove si sta operando senza la necessità di interrompere l'operazione (per posizionare la penna di rilevamento). Not the least purpose of the invention is to create a device and a procedure that allow you to check the position (on the head) where you are working without the need to interrupt the operation (to position the detection pen).
In modo opportuno, invece, mediante il dispositivo ed il procedimento secondo l’invenzione, la posizione ove si sta operando viene continuamente segnalata (sullo schermo) ed aggiornata. On the other hand, by means of the device and the procedure according to the invention, the position where one is operating is continuously signaled (on the screen) and updated.
Il compito tecnico, nonché questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un dispositivo di microchirurgia assistita dall’elaboratore comprendente almeno un supporto di una pluralità di sensori, atti a rilevare la posizione almeno di mezzi localizzatori, connessi a mezzi di elaborazione dei dati a loro volta connessi a mezzi di segnalazione della posizione di detti mezzi localizzatori, caratterizzato dal fatto che detti sensori sono almeno in numero di tre, e dal fatto che detti mezzi di elaborazione confrontano tra loro i dati rilevati da detti almeno tre sensori. The technical task, as well as these and other purposes, according to the present invention are achieved by providing a computer-assisted microsurgery device comprising at least one support for a plurality of sensors, suitable for detecting the position of at least locating means, connected to processing means data in turn connected to means for signaling the position of said locating means, characterized by the fact that said sensors are at least three in number, and by the fact that said processing means compare with each other the data detected by said at least three sensors.
La presente invenzione si riferisce anche ad un procedimento di microchirurgia assistita dall’ elaboratore, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di acquisire prime coordinate di localizzatori amovibili in un primo sistema di riferimento, acquisire, rilevando tre coordinate, seconde coordinate dei localizzatori amovibili rispetto ad un secondo sistema di riferimento solidale ad un localizzatore fisso, associare le prime coordinate alle seconde coordinate determinando la posizione almeno dei localizzatori amovibili nel secondo sistema di riferimento. The present invention also refers to a computer-assisted microsurgery process, characterized in that it comprises the steps of acquiring first coordinates of removable locators in a first reference system, acquiring, by detecting three coordinates, second coordinates of removable locators with respect to a second reference system integral with a fixed locator, associating the first coordinates to the second coordinates determining the position at least of the removable locators in the second reference system.
Altre caratteristiche della presente invenzione sono definite, inoltre, nelle rivendicazioni successive. Other characteristics of the present invention are also defined in the subsequent claims.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva del dispositivo e del procedimento di microchirurgia assistita dall’elaboratore secondo il presente trovato, ove il dispositivo è illustrato a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become more evident from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the device and of the process of computer-assisted microsurgery according to the present invention, where the device is illustrated by way of non-limiting example in the drawings. attachments, in which:
- la figura 1 mostra una vista schematica di due telecamere che inquadrano due elementi localizzatori amovibili; Figure 1 shows a schematic view of two video cameras which frame two removable locating elements;
- la figura 2 mostra una vista dal basso di una porzione del dispositivo secondo il trovato; Figure 2 shows a bottom view of a portion of the device according to the invention;
- la figura 3 mostra una vista in alzato frontale del dispositivo secondo il trovato; figure 3 shows a front elevation view of the device according to the invention;
- la figura 4 mostra una vista in alzato laterale del dispositivo secondo il trovato; Figure 4 shows a side elevation view of the device according to the invention;
- la figura 5 mostra una vista prospettica di un localizzatore fisso del dispositivo secondo il trovato; figure 5 shows a perspective view of a fixed locator of the device according to the invention;
- la figura 6 mostra una vista prospettica di un localizzatore amovibile o fiducial secóndo il trovato; figure 6 shows a perspective view of a removable or fiducial locator according to the invention;
- la figura 7 mostra una vista prospettica di una porzione di un’apparecchiatura di calibrazione; e - Figure 7 shows a perspective view of a portion of a calibration equipment; And
- la figura 8 mostra una vista in alzato frontale in scala di una piastra dell’apparecchiatura di figura 7. - Figure 8 shows a front elevation in scale of a plate of the equipment in Figure 7.
Con riferimento alle figure citate, viene mostrato un dispositivo di microchirurgia assistita dall’elaboratore indicato complessivamente con il numero di riferimento 1. With reference to the aforementioned figures, a computer-assisted microsurgery device is shown, indicated as a whole with the reference number 1.
Il dispositivo 1 comprende un supporto 2 di una pluralità di sensori 3 atti a rilevare la posizione di mezzi localizzatori 6, 11. I sensori 3 sono connessi a mezzi di elaborazione dei dati 4 che, a loro volta, sono connessi a mezzi di segnalazione 5 della posizione dei mezzi localizzatori 6, 11, quali uno schermo video. The device 1 comprises a support 2 for a plurality of sensors 3 suitable for detecting the position of locating means 6, 11. The sensors 3 are connected to data processing means 4 which, in turn, are connected to signaling means 5 the position of the locating means 6, 11, such as a video screen.
In modo vantaggioso, i sensori 3 sono almeno in numero di tre ed i mezzi di elaborazione dei dati 4 confrontano tra loro i dati rilevati dai tre sensori. Advantageously, the sensors 3 are at least three in number and the data processing means 4 compare the data detected by the three sensors with each other.
Inoltre, il dispositivo 1 comprende un localizzatore fisso 6, come mezzo localizzatore, che viene reso solidale al paziente durante l’operazione chirurgica. In addition, the device 1 comprises a fixed locator 6, as a locating means, which is made integral with the patient during the surgical operation.
II localizzatore fisso 6 comprende, ad esempio un elemento di aggancio 7 che porta una base sostanzialmente a “T” 8. The fixed locator 6 comprises, for example, a hooking element 7 which carries a substantially "T" shaped base 8.
La base 8, a sua volta, porta quattro elementi allungati 9 che supportano ciascuno un elemento sferico in materiale retroriflettente 10 per riflettere radiazioni elettromagnetiche. Il dispositivo 1 comprende anche una pluralità di localizzatori amovibili o fiducial 11 come mezzi localizzatori, realizzati mediante un corpo 12 cavo sigillato riempito con un liquido di contrasto rilevabile ad un esame TAC oppure RM (risonanza magnetica). The base 8, in turn, carries four elongated elements 9 which each support a spherical element made of retro-reflective material 10 to reflect electromagnetic radiations. The device 1 also comprises a plurality of removable or fiducial locators 11 as locating means, made by means of a sealed hollow body 12 filled with a contrast liquid detectable by a CT or MRI examination (magnetic resonance).
I fiducial, che sono applicabili sulla testa del paziente, sono anche rilevabili dalle telecamere, perché presentano una porzione amovibile 13 in materiale retroriflettente fissabile al corpo cavo. The fiducials, which are applicable on the patient's head, are also detectable by the cameras, because they have a removable portion 13 made of retroreflective material that can be fixed to the hollow body.
I sensori 3 possono essere di tipo qualsiasi ma, in una forma di realizzazione preferita, comprendono delle telecamere dotate di filtri alle radiazioni infrarosse. The sensors 3 can be of any type but, in a preferred embodiment, they comprise cameras equipped with infrared radiation filters.
In questo modo il dispositivo lavora utilizzando solamente le radiazioni nel campo infrarosso, limitando il disturbo dovuto alla luce nel campo visibile. In this way the device works using only the radiation in the infrared range, limiting the disturbance due to light in the visible range.
Le telecamere 3 supportano, inoltre, una pluralità di emettitori 14 di radiazioni infrarosse; nell’esempio mostrato ogni telecamera porta otto diodi emettitori agli infrarossi. The cameras 3 also support a plurality of infrared radiation emitters 14; in the example shown each camera carries eight infrared emitting diodes.
Tali emettitori 14 presentano asse (secondo il quale viene emessa la radiazione infrarossa) sostanzialmente parallelo ad un asse delle telecamere 3. These emitters 14 have an axis (according to which the infrared radiation is emitted) substantially parallel to an axis of the cameras 3.
Il supporto 2 e le telecamere 3 sono di preferenza fissati ad un microscopio operatorio 15, ad esempio del tipo dotato di porta parallela 16 di uscita atta a trasmettere informazioni sulla messa a fuoco e/o sullo zoom del microscopio 15. The support 2 and the cameras 3 are preferably fixed to an operating microscope 15, for example of the type provided with a parallel output port 16 adapted to transmit information on the focus and / or zoom of the microscope 15.
L’invenzione si riferisce anche ad un procedimento di microchirurgia assistita dall’elaboratore. The invention also refers to a computer-assisted microsurgery procedure.
Il procedimento di microchirurgia assistita dall’elaboratore secondo la presente invenzione comprende le fasi di acquisire prime coordinate dei localizzatori amovibili o fiducial 11 in un primo sistema di riferimento. The computer-assisted microsurgery process according to the present invention comprises the steps of acquiring first coordinates of the removable or fiducial locators 11 in a first reference system.
Ciò viene effettuato, ad esempio, mediante esame TAC o RM (risonanza magnetica). This is done, for example, by CT or MRI (magnetic resonance imaging) examination.
Successivamente si acquisiscono, rilevando tre coordinate, seconde coordinate dei localizzatori amovibili o fìducals rispetto ad un secondo sistema di riferimento solidale ad un localizzatore fisso. Subsequently, by detecting three coordinates, second coordinates of the removable locators or fiducals are acquired with respect to a second reference system integral with a fixed locator.
Ciò viene effettuato utilizzando le telecamere, che rilevano una radiazione infrarossa riflettuta dagli elementi 10 del localizzatore fisso e/o dai fiducial 13. This is done using the cameras, which detect infrared radiation reflected by the elements 10 of the fixed locator and / or by the fiducials 13.
Quindi le prime coordinate dei fiducial 11 vengono associate alle seconde coordinate (rispetto al localizzatore fisso) determinando la posizione dei localizzatori amovibili nel secondo sistema di riferimento. Then the first coordinates of the fiducials 11 are associated with the second coordinates (with respect to the fixed locator) determining the position of the removable locators in the second reference system.
Quindi, poiché l’anatomia interna del paziente è stata determinata nel primo sistema di riferimento (con l’esame TAC 0 RM), viene determinata anche l’anatomia interna della testa del paziente con riferimento al sistema di riferimento del localizzatore fisso 6. Therefore, since the patient's internal anatomy was determined in the first reference system (with the CT or MR exam), the internal anatomy of the patient's head is also determined with reference to the reference system of the fixed locator 6.
1 localizzatori amovibili 11 vengono asportati dopo che è stata effettuata l’associazione tra le prime e le seconde coordinate dei localizzatori amovibili o fiducial 11, poiché non più necessari essendo stata individuata la loro posizione nel sistema di riferimento del localizzatore fisso. The removable locators 11 are removed after the association between the first and second coordinates of the removable or fiducial locators 11 has been made, since they are no longer necessary since their position in the reference system of the fixed locator has been identified.
In modo vantaggioso, la fase di associare le prime posizioni alle seconde posizioni viene effettuata confrontando le distanze tra i localizzatori amovibili o fiducial adiacenti in ognuno dei sistemi di riferimento ed assegnando la corrispondenza tra le posizioni rilevate nel primo e nel secondo sistema di riferimento quando la distanza tra due localizzatori amovibili o fiducial nei due sistemi di riferimento è sostanzialmente la stessa. Advantageously, the step of associating the first positions to the second positions is carried out by comparing the distances between the adjacent removable or fiducial locators in each of the reference systems and assigning the correspondence between the positions detected in the first and second reference systems when the distance between two detachable or fiducial locators in the two reference systems is substantially the same.
Preferibilmente, la corrispondenza viene assegnata non solo quando tale distanza è uguale, ma anche quando essa è inferiore ad una limite di tolleranza prestabilito. Preferably, the match is assigned not only when this distance is equal, but also when it is less than a predetermined tolerance limit.
In questo modo viene lasciato un limite di tolleranza, che garantisce il riconoscimento anche quando i due valori (ad esempio a causa dei calcoli) si discostino di valori molto limitati. In this way, a tolerance limit is left, which guarantees recognition even when the two values (for example due to calculations) differ by very limited values.
Inoltre, in modo opportuno, all’elaboratore elettronico viene anche fornita l’informazione indicativa della posizione dell’asse ottico del microscopio, che può quindi essere segnalato o rappresentato sul video rispetto al secondo sistema di riferimento (del localizzatore fisso). In addition, in an appropriate manner, information indicative of the position of the optical axis of the microscope is also provided to the electronic processor, which can then be signaled or represented on the video with respect to the second reference system (of the fixed locator).
In particolare ciò viene effettuato in una fase iniziale di calibrazione, in cui viene memorizzata la posizione dell’asse ottico rispetto alle telecamere. In particular, this is carried out in an initial calibration phase, in which the position of the optical axis with respect to the cameras is stored.
All’elaboratore elettronico viene anche fornita l’informazione relativa alla messa a fuoco ed allo zoom del microscopio, in modo da ricavare in modo noto la profondità del punto che si sta guardando nella ricostruzione. The information relating to the focus and zoom of the microscope is also provided to the electronic computer, in order to obtain in a known way the depth of the point that is being viewed in the reconstruction.
Il funzionamento del dispositivo di microchirurgia assistita dall’elaboratore secondo l’invenzione appare evidente da quanto descritto ed illustrato e, in particolare, è sostanzialmente il seguente. The operation of the computer-assisted microsurgery device according to the invention appears evident from what has been described and illustrated and, in particular, is substantially the following.
Preventivamente vengono fissati i fiducial 11 sulla testa del paziente (anche il giorno prima) e viene effettuato l’esame (ad esempio) TAC o RM (risonanza magnetica). The fiducials 11 are previously fixed on the patient's head (even the day before) and the examination is performed (for example) CT or MRI (magnetic resonance imaging).
Successivamente (ad esempio la giornata successiva) vengono applicate le porzioni 13 in materiale retroriflettente dei fiducial sul corpo 12, si fissa la testa del paziente sulla testiera di Mayfield e si connette il localizzatore fisso 6 alla stessa testiera di Mayfield o al suo supporto. Subsequently (for example the following day) the portions 13 in retroreflective material of the fiducials are applied to the body 12, the patient's head is fixed on the Mayfield headboard and the fixed locator 6 is connected to the Mayfield headboard itself or to its support.
In questo modo il localizzatore fisso 6 è solidale alla testa del paziente. In this way the fixed locator 6 is integral with the patient's head.
Quindi si registra il dispositivo. Then you register the device.
La registrazione viene effettuata passando il microscopio 15 sopra alla testa del paziente in modo che le telecamere 3 “vedano” i fiducial 11. The recording is carried out by passing the microscope 15 over the patient's head so that the cameras 3 “see” the fiducials 11.
In pratica i diodi emettitori emettono radiazioni infrarosse che vengono riflettute dagli elementi 10 del localizzatore fisso oppure dai fiducial 11. In practice, the emitting diodes emit infrared radiation which is reflected by the elements 10 of the fixed locator or by the fiducials 11.
L’elaboratore elettronico 4 costruisce un sistema di riferimento solidale al localizzatore fisso 6 e, quindi, determina la posizione dei fiducial 1 1 rispetto a tale sistema di riferimento. The electronic processor 4 builds a reference system integral with the fixed locator 6 and, therefore, determines the position of the fiducials 11 with respect to this reference system.
Quindi, mediante il procedimento anch’esso oggetto dell’invenzione, viene effettuata l’associazione dei fiducial 11 nei due sistemi di riferimento, cioè ad ogni fiducial 11 che è stato rilevato dalle telecamere viene associato un fiducial 1 1 che è stato rilevato durante l’esame TAC o RM. Then, by means of the process which is also the subject of the invention, the association of the fiducials 11 in the two reference systems is carried out, i.e. a fiducial 11 which has been detected during the CT or MRI exam.
In questo modo è possibile navigare nell’anatomia interna della testa del paziente (che è stata rilevata durante l’esame TAC o RM). In this way it is possible to navigate the internal anatomy of the patient's head (which was detected during the CT or MRI exam).
In pratica, quindi, è possibile rappresentare la posizione nello spazio dell’asse ottico del microscopio rispetto all’anatomia interna della testa. In practice, therefore, it is possible to represent the position in space of the optical axis of the microscope with respect to the internal anatomy of the head.
L’elaboratore elettronico 4 conosce sempre la posizione dell’asse ottico del microscopio 15, perché sul microscopio 15 è fissato il supporto 2 delle telecamere 3. The electronic processor 4 always knows the position of the optical axis of the microscope 15, because the support 2 of the cameras 3 is fixed on the microscope 15.
Dunque, l’elaboratore elettronico 4 invia al video 5 anche l’informazione relativa alla posizione ed all’orientamento dell’asse ottico del microscopio 15, che può essere rappresentata, ad esempio, come una linea sul video. Therefore, the electronic processor 4 also sends the information relating to the position and orientation of the optical axis of the microscope 15 to the video 5, which can be represented, for example, as a line on the video.
La visualizzazione dell’asse ottico del microscopio 15 permette di verificare la posizione (e/o la profondità) su cui si sta operando senza che per far ciò sia necessario interrompere l’intervento chirurgico. The visualization of the optical axis of the microscope 15 allows you to check the position (and / or depth) on which you are operating without interrupting the surgery to do so.
Inoltre, quando il microscopio 15 è atto a fornire dati sulla sua messa a fuoco e sullo zoom, l’elaboratore, in modo noto, è anche in grado di elaborare tali segnali per ricavare la profondità alla quale si sta operando. Furthermore, when the microscope 15 is able to provide data on its focus and zoom, the computer, in a known way, is also able to process these signals to derive the depth at which one is operating.
In pratica, quindi, il dispositivo secondo il trovato è atto a rappresentare su video sia la testa del paziente e/o la sua anatomia interna, sia l’asse ottico del microscopio; pertanto il chirurgo può utilizzare in modo molto proficuo le informazioni che esso gli fornisce. In practice, therefore, the device according to the invention is able to represent on video both the patient's head and / or its internal anatomy, and the optical axis of the microscope; therefore the surgeon can make very good use of the information it provides.
La calibrazione viene effettuata mediante l’apparecchiatura mostrata nelle figure 7, 8. Calibration is carried out using the equipment shown in figures 7, 8.
L’apparecchiatura comprende una colonna 30 che porta ad un’estremità un piede (non mostrato) di sostegno ed all’altra un supporto 31 di un microscopio. The equipment includes a column 30 which carries a support foot (not shown) at one end and a microscope support 31 at the other.
Il supporto 30 presenta un’apertura passante 32 ove viene accostato il microscopio. The support 30 has a through opening 32 where the microscope is approached.
La colonna 30, inoltre, porta una guida 33 su cui scorre un carrello 34 comandato in traslazione tramite una leva (non mostrata) atta ad imprimere al carrello 34 uno spostamento micrometrico. The column 30, moreover, carries a guide 33 on which a carriage 34 slides, driven in translation by a lever (not shown) adapted to impart a micrometric displacement to the carriage 34.
Il carrello 34 porta una piastra 35 (rappresentata in scala in figura 8 - dimensioni 450x500 millimetri) che supporta una pluralità di elementi sferici retroriflettenti 36 disposti secondo una geometria predeterminata (mostrata in scala nella figura allegata), ove la posizione degli elementi retroriflettenti è memorizzata in un elaboratore elettronico. The trolley 34 carries a plate 35 (represented to scale in figure 8 - dimensions 450x500 millimeters) which supports a plurality of retro-reflective spherical elements 36 arranged according to a predetermined geometry (shown to scale in the attached figure), where the position of the retro-reflective elements is memorized in an electronic computer.
Tale dispositivo viene utilizzato per calibrare le telecamere. Infatti, quando le telecamere vengono applicate sul dispositivo 1 il microscopio viene affacciato alTapertura 32, con l’asse ottico che viene indirizzato sostanzialmente verso il centro della piastra 35. This device is used to calibrate cameras. In fact, when the cameras are applied to the device 1, the microscope faces the opening 32, with the optical axis that is substantially directed towards the center of the plate 35.
La calibrazione viene effettuata mediante una serie di misure (solitamente 4 oppure 5) in cui si posiziona la piastra 35 ad una prefissata distanza dall’obiettivo del microscopio e, quindi, si sposta la piastra di una quantità nota. Calibration is carried out by means of a series of measurements (usually 4 or 5) in which the plate 35 is positioned at a predetermined distance from the objective of the microscope and, therefore, the plate is moved by a known amount.
In questo modo l’elaboratore, che riceve le immagini dalle telecamere e le informazioni sullo spostamento impresso alla piastra 35, in modo noto ricava le matrici di rototraslazione (parametri di calibrazione) che permettono di ricavare le tre coordinate nello spazio dalle immagini rilevate dalle telecamere. Allo stesso modo l’elaboratore è in grado di rilevare e memorizzare l’asse ottico del microscopio 15 rispetto alle telecamere (che sostanzialmente coincide con l’asse verticale dell’apparecchiatura di calibrazione). In this way the computer, which receives the images from the cameras and the information on the displacement impressed on the plate 35, in a known way obtains the roto-translation matrices (calibration parameters) which allow to obtain the three coordinates in space from the images detected by the cameras. . Similarly, the computer is able to detect and store the optical axis of the microscope 15 with respect to the cameras (which substantially coincides with the vertical axis of the calibration equipment).
L’apparecchiatura di calibrazione permette altresì di determinare la corrispondenza tra messa a fuoco e distanza tra il microscopio e posizione che viene osservata con il microscopio. The calibration equipment also allows you to determine the correspondence between focus and distance between the microscope and the position that is observed with the microscope.
A tale scopo vengono effettuate una serie di misure con cui si ricava una mappa che associa ad ogni diversa posizione di messa a fuoco una determinata distanza obiettivo (microscopio)posizione osservata. For this purpose, a series of measurements are carried out with which a map is obtained which associates a specific objective distance (microscope) observed position with each different focus position.
Si è in pratica constatato come il dispositivo ed il procedimento di microchirurgia assistita dall’elaboratore secondo l’invenzione risultino particolarmente vantaggiosi perché permettono di eliminare le ambiguità nel rilevamento dei fiducial da parte delle telecamere e, inoltre, rendono particolarmente semplice e rapida la fase di registrazione del paziente, che deve necessariamente essere effettuata prima di ogni intervento. In practice it has been found that the device and the process of computer-assisted microsurgery according to the invention are particularly advantageous because they allow to eliminate the ambiguities in the detection of fiducials by the cameras and, moreover, make the phase of detection particularly simple and rapid. registration of the patient, which must necessarily be carried out before each intervention.
Inoltre, utilizzando il dispositivo secondo la presente invenzione non è più necessario utilizzare la penna di rilevamento. Furthermore, by using the device according to the present invention it is no longer necessary to use the detection pen.
Il dispositivo ed il procedimento di microchirurgia assistita dall’elaboratore così concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. The device and the process of computer-assisted microsurgery thus conceived are susceptible of numerous modifications and variations, all falling within the scope of the inventive concept; furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.
In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica. In practice, the materials used, as well as the dimensions, may be any according to the requirements and the state of the art.
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